JP2015032690A - 積層ウェーハの加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の方法と比較してコストを抑制できる積層ウェーハの加工方法を提供する。
【解決手段】第二ウェーハ（１３）上に第一ウェーハ（１１）を積層させて積層ウェーハ（１７）を形成する積層ウェーハ形成ステップ（ＳＴ３）と、該積層ウェーハ形成ステップを実施する前または後に、第一ウェーハの内部にレーザービーム（Ｌ）の集光点（Ｌ１）を位置付けてレーザービームを照射しつつ集光点に対して第一ウェーハを水平方向に相対移動させて該第一ウェーハの内部に改質面（１１ｃ）を形成する改質面形成ステップ（ＳＴ５）と、積層ウェーハ形成ステップと改質面形成ステップとを実施した後、改質面を境界に第一ウェーハの一部を積層ウェーハから分離する分離ステップ（ＳＴ６）と、を備える構成とした。
【選択図】図３
【解決手段】第二ウェーハ（１３）上に第一ウェーハ（１１）を積層させて積層ウェーハ（１７）を形成する積層ウェーハ形成ステップ（ＳＴ３）と、該積層ウェーハ形成ステップを実施する前または後に、第一ウェーハの内部にレーザービーム（Ｌ）の集光点（Ｌ１）を位置付けてレーザービームを照射しつつ集光点に対して第一ウェーハを水平方向に相対移動させて該第一ウェーハの内部に改質面（１１ｃ）を形成する改質面形成ステップ（ＳＴ５）と、積層ウェーハ形成ステップと改質面形成ステップとを実施した後、改質面を境界に第一ウェーハの一部を積層ウェーハから分離する分離ステップ（ＳＴ６）と、を備える構成とした。
【選択図】図３
Description
本発明は、積層ウェーハの加工方法に関する。
水素イオン剥離法等と呼ばれるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この製造方法では、まず、シリコンウェーハの表面に形成された酸化膜を介して水素イオンや希ガスイオンを注入し、シリコンウェーハの内部に微小気泡層を形成する。
次に、表面の酸化膜を基材となる別のシリコンウェーハに密着させて、２枚のシリコンウェーハでなる積層ウェーハを形成する。その後、積層ウェーハを加熱して、シリコンウェーハを微小気泡層で劈開させる。これにより、基材となるシリコンウェーハ上には、酸化膜を介してシリコン薄膜が形成される。
しかしながら、ウェーハに水素イオンや希ガスイオンを注入するためのイオン注入装置は非常に高価であるため、上述した製造方法では、ＳＯＩウェーハの製造に掛かるコストが大きくなり過ぎてしまうという問題がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の方法と比較してコストを抑制できる積層ウェーハの加工方法を提供することである。
本発明によれば、第二ウェーハ上に第一ウェーハが積層された積層ウェーハの加工方法であって、第二ウェーハ上に第一ウェーハを積層させて積層ウェーハを形成する積層ウェーハ形成ステップと、該積層ウェーハ形成ステップを実施する前または後に、該第一ウェーハの内部にレーザービームの集光点を位置付けて該レーザービームを照射しつつ該集光点に対して該第一ウェーハを水平方向に相対移動させて該第一ウェーハの内部に改質面を形成する改質面形成ステップと、該積層ウェーハ形成ステップと該改質面形成ステップとを実施した後、該改質面を境界に該第一ウェーハの一部を該積層ウェーハから分離する分離ステップと、を備えたことを特徴とする積層ウェーハの加工方法が提供される。
本発明において、前記改質面は所定の厚みを有し、前記分離ステップを実施した後、該積層ウェーハの該改質面側に研削、研磨、エッチングの少なくともいずれかを施して該積層ウェーハに残存する改質領域を除去する改質領域除去ステップを更に備えたことが好ましい。
また、本発明において、前記分離ステップで該積層ウェーハから分離された該第一ウェーハの一部は、第三ウェーハ上に積層されて積層ウェーハを構成することが好ましい。
本発明の積層ウェーハの加工方法では、レーザービームを照射して第一ウェーハの内部に改質面を形成した後に、この改質面を境界に第一ウェーハの一部を積層ウェーハから分離するので、高価なイオン注入装置を必要とするイオン注入等の方法を用いることなく積層ウェーハを加工できる。よって、イオン注入等を用いる従来の方法と比較してコストを抑制できる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る積層ウェーハの加工方法の概略を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係る積層ウェーハの加工方法は、ウェーハ準備ステップＳＴ１、絶縁膜形成ステップＳＴ２、積層ウェーハ形成ステップＳＴ３、熱処理ステップＳＴ４、改質面形成ステップＳＴ５、分離ステップＳＴ６、第一改質領域除去ステップ（改質領域除去ステップ）ＳＴ７ａ、第二改質領域除去ステップＳＴ７ｂを含む。
ウェーハ準備ステップＳＴ１では、積層ウェーハの形成に用いられる２枚のウェーハを準備する。絶縁膜形成ステップＳＴ２では、ウェーハの表面に酸化膜等の絶縁膜を形成する。積層ウェーハ形成ステップＳＴ３では、絶縁膜を介して２枚のウェーハを貼り合わせ、積層ウェーハを形成する。
熱処理ステップＳＴ４では、積層ウェーハを熱処理して貼り合わせに係る強度を高める。改質面形成ステップＳＴ５では、レーザービームを照射してウェーハを面状に改質し、ウェーハを分離する際の境界となる改質面を形成する。分離ステップＳＴ６では、改質面を境界にウェーハを分離する。
第一改質領域除去ステップＳＴ７ａ及び第二改質領域除去ステップＳＴ７ｂでは、分離されたウェーハに残存する改質領域を除去する。以下、本実施の形態に係る積層ウェーハの加工方法について詳述する。
本実施の形態に係る積層ウェーハの加工方法では、まず、積層ウェーハの形成に用いられる第一ウェーハ１１（図２参照）及び第二ウェーハ１３（図２参照）を準備するウェーハ準備ステップＳＴ１を実施する。
第一ウェーハ１１は、シリコン、シリコンカーバイド、ガリウムナイトライド等の半導体材料でなる半導体ウェーハであり、平坦な表面１１ａ及び裏面１１ｂを有している。この第一ウェーハ１１は、後に形成される改質面を境界として厚み方向に分離される。
第二ウェーハ１３は、第一ウェーハ１１と同等の半導体ウェーハであり、第一ウェーハ１１を支持する基材として機能する。ただし、第一ウェーハ１１との貼り合わせに適した平坦な表面１３ａを有していれば、第二ウェーハ１３の構成は特に限定されない。
例えば、第二ウェーハ１３は、ガラス、石英等でなる透明基板等でも良い。なお、第二ウェーハ１３は、第一ウェーハ１１の全面を支持できるように、第一ウェーハ１１と同径、又は第一ウェーハ１１より大径であることが好ましい。
ウェーハ準備ステップＳＴ１の終了後には、絶縁膜形成ステップＳＴ２を実施する。絶縁膜形成ステップＳＴ２では、第二ウェーハ１３の表面１３ａに、厚みが０．１μｍ〜２．０μｍ程度の酸化膜１５を形成する（図２参照）。
酸化膜１５は、例えば、第二ウェーハ１３を、酸素の流速が１０Ｌ／ｍｉｎの酸素雰囲気下において、１０００℃〜１３００℃の温度で加熱することにより形成される。この方法で形成された酸化膜１５は極めて平坦であり、第一ウェーハ１１と第二ウェーハ１３との貼り合わせに適している。
ただし、第二ウェーハ１３の表面１３ａに形成される絶縁膜は、上述の方法で形成される酸化膜１５に限定されない。例えば、プラズマＣＶＤやスパッタリング等の方法で酸化膜１５を形成しても良い。また、酸化膜１５に代えて、窒化膜や酸窒化膜等を形成しても良い。
絶縁膜形成ステップＳＴ２の後には、積層ウェーハ形成ステップＳＴ３を実施する。図２は、積層ウェーハ形成ステップＳＴ３を模式的に示す断面図である。積層ウェーハ形成ステップＳＴ３では、常温、常圧の雰囲気下において、第一ウェーハ１１と第二ウェーハ１３とを密着させて積層ウェーハ１７（図３参照）を形成する。
具体的には、図２に示すように、基材となる第二ウェーハ１３の表面１３ａ側と第一ウェーハ１１の表面１１ａとを対面させ、第二ウェーハ１３に形成された酸化膜１５と第一ウェーハ１１の表面１１ａとを接触させる。
これにより、酸化膜１５と第一ウェーハ１１とは分子間力等で接合され、基材となる第二ウェーハ１３上に第一ウェーハ１１が積層された積層ウェーハ１７を形成できる。
本実施の形態において、貼り合わせに係る酸化膜１５及び第一ウェーハ１１の表面１１ａは平坦である。よって、酸化膜１５及び第一ウェーハ１１の表面１１ａを密着させることで、上述のように、接着剤等を用いることなく積層ウェーハ１７を形成できる。
積層ウェーハ形成ステップＳＴ３の後には、熱処理ステップＳＴ４を実施する。この熱処理ステップＳＴ４では、積層ウェーハ１７を、例えば、不活性ガス雰囲気下において１０００℃〜１２００℃の温度で３０分〜２時間加熱する。これにより、酸化膜１５と第一ウェーハ１１の表面１１ａとの接合が強化され、第一ウェーハ１１と第二ウェーハ１３との貼り合わせに係る強度を高めることができる。
熱処理ステップＳＴ４の後には、改質面形成ステップＳＴ５を実施する。図３は、改質面形成ステップＳＴ５を模式的に示す一部断面側面図である。図３に示すように、改質面形成ステップＳＴ５においては、まず、加工装置２のチャックテーブル４に積層ウェーハ１７を吸引保持させる。
チャックテーブル４は、移動機構（不図示）によって水平方向に移動すると共に、回転駆動機構（不図示）によって鉛直軸の周りに回転する。チャックテーブル４の上面は、積層ウェーハ１７を吸引保持する保持面４ａとなっている。この保持面４ａに吸引源（不図示）の負圧を作用させることで、第二ウェーハ１３の裏面１３ｂ側を吸引させる。
次に、チャックテーブル４を移動させ、積層ウェーハ１７をレーザービーム照射機構６の下方に位置付ける。レーザービーム照射機構６は、レーザービームＬを発振するレーザー発振器（不図示）と、レーザービームＬを集光する集光器（不図示）とを備えている。
積層ウェーハ１７をレーザービーム照射機構６の下方に位置付けた後には、第一ウェーハ１１に吸収され難い波長のレーザービームＬを、レーザービーム照射機構６から第一ウェーハ１１に向けて照射する。ここで、レーザービームＬの集光点Ｌ１は、第一ウェーハ１１の内部に位置付ける。
また、チャックテーブル４を、保持面４ａに垂直な鉛直軸の周りに回転させつつ、保持面４ａと平行な水平方向に低速で移動させる。つまり、チャックテーブル４とレーザービーム照射機構６とを、保持面４ａと平行な方向（保持面方向）に相対移動させる。これにより、レーザービームＬの集光点Ｌ１は、保持面４ａと平行な面内において渦巻き状の軌跡を描くように移動する。
第一ウェーハ１１の内部において、レーザービームＬの集光点Ｌ１付近には、多光子吸収による改質領域が形成される。よって、レーザービームＬの集光点Ｌ１を上述のように移動させることで、保持面４ａと平行な改質面（面状の改質領域）１１ｃを形成できる。
なお、チャックテーブル４の回転速度及び移動速度は、第一ウェーハ１１の分離に適した改質面１１ｃを形成できるように調整される。第一ウェーハ１１の全体に所定厚みの改質面１１ｃが形成されると、改質面形成ステップＳＴ５は終了する。
改質面形成ステップＳＴ５の後には、分離ステップＳＴ６を実施する。図４は、分離ステップＳＴ６を模式的に示す一部断面側面図である。分離ステップＳＴ６においては、まず、チャックテーブル４を移動させ、図４に示すように、積層ウェーハ１７を分離機構８の下方に位置付ける。分離機構８は、積層ウェーハ１７を吸引可能な吸引面８ａを備えており、駆動機構（不図示）によって昇降及び回転する。
積層ウェーハ１７を分離機構８の下方に位置付けた後には、分離機構８を下降させ、第一ウェーハ１１の裏面１１ｂを分離機構８に吸引させる。第一ウェーハ１１の吸引後には、分離機構８を上昇させる。第一ウェーハ１１は、吸引によって生じる応力で改質面１１ｃを境界に分離される。
第一ウェーハ１１の表面１１ａ側には、第二ウェーハ１３が接合されている。よって、第二ウェーハ１３上には、第一ウェーハ１１の一部である半導体膜１９が残存する。一方、第一ウェーハ１１の別の一部である分離ウェーハ２１は、積層ウェーハ１７から分離除去される。
半導体膜１９の分離面１９ａ及び分離ウェーハ２１の分離面２１ａには、改質面１１ｃの一部である改質領域が残存している。そこで、分離ステップＳＴ６の後には、この改質領域を除去する第一改質領域除去ステップＳＴ７ａ及び第二改質領域除去ステップＳＴ７ｂを実施する。
図５は、第一改質領域除去ステップＳＴ７ａを模式的に示す一部断面側面図である。第一改質領域除去ステップＳＴ７ａでは、まず、チャックテーブル４を移動させ、半導体膜１９を研磨機構１０の下方に位置付ける。
研磨機構１０は、回転可能に支持されたスピンドル１２を備えている。このスピンドル１２は、昇降機構（不図示）によって鉛直方向に移動する。スピンドル１２の下端には、円盤状のマウント１４が固定されており、マウント１４の下面には、研磨パッド１６が装着されている。
半導体膜１９を研磨機構１０の下方に位置付けた後には、図５に示すように、チャックテーブル４及びスピンドル１２を回転させると共に、昇降機構でスピンドル１２を下降させ、研磨パッド１６を半導体膜１９の分離面１９ａに接触させる。
これにより、半導体膜１９の分離面１９ａが研磨され、残存する改質領域を除去できる。以上により、第二ウェーハ１３、酸化膜１５、及び半導体膜１９でなるＳＯＩウェーハが完成する。
図６は、第二改質領域除去ステップＳＴ７ｂを模式的に示す一部断面側面図である。第二改質領域除去ステップＳＴ７ｂでは、まず、チャックテーブル４の保持面４ａに、分離ウェーハ２１の分離面２１ａとは反対側の面（第一ウェーハ１１の裏面１１ｂ）を吸引させる。そして、チャックテーブル４を移動させ、分離ウェーハ２１を研磨機構１０の下方に位置付ける。
その後、図６に示すように、チャックテーブル４及びスピンドル１２を回転させると共に、昇降機構（不図示）でスピンドル１２を下降させ、研磨パッド１６を分離ウェーハ２１の分離面２１ａに接触させる。これにより、分離ウェーハ２１の分離面２１ａが研磨され、残存する改質領域を除去できる。
改質領域が除去された分離ウェーハ２１は、第一ウェーハ１１として再利用される。すなわち、改質領域が除去された分離ウェーハ２１を第一ウェーハ１１として用い、図１に示す各ステップを繰り返すことで、新たなＳＯＩウェーハを形成できる。なお、この場合、基材となる新たな第三ウェーハ（不図示）を第二ウェーハ１３として用いて積層ウェーハ１７を形成する。
以上のように、本実施の形態に係る積層ウェーハの加工方法では、レーザービームＬを照射して第一ウェーハ１１の内部に改質面１１ｃを形成した後に、この改質面１１ｃを境界に第一ウェーハ１１の一部を積層ウェーハ１７から分離するので、高価なイオン注入装置を必要とするイオン注入等の方法を用いることなく積層ウェーハ１７を加工できる。よって、イオン注入等を用いる従来の方法と比較してコストを抑制できる。
なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施の形態では、積層ウェーハ形成ステップＳＴ３の後に改質面形成ステップＳＴ５を実施しているが、本発明はこれに限定されない。改質面形成ステップＳＴ５は、分離ステップＳＴ６の前に実施されればよい。よって、例えば、積層ウェーハ形成ステップＳＴ３の前に改質面形成ステップＳＴ５を実施しても良い。
また、上記実施の形態では、第一改質領域除去ステップＳＴ７ａ及び第二改質領域除去ステップＳＴ７ｂにおいて、半導体膜１９及び分離ウェーハ２１を研磨し、残存する改質領域を除去しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、研削、エッチング等の方法で、残存する改質領域を除去することもできる。
また、上記実施の形態では、絶縁膜である酸化膜１５を第二ウェーハ１３の表面１３ａに形成しているが、絶縁膜は、例えば、第一ウェーハ１１の表面１１ａに形成しても良い。また、絶縁膜を、第一ウェーハ１１の表面１１ａ及び第二ウェーハ１３の表面１３ａの双方に形成しても良い。
また、上記実施の形態では、接着剤等を用いることなく第一ウェーハ１１と第二ウェーハ１３とを貼り合わせているが、第一ウェーハ１１と第二ウェーハ１３とを接着剤等で貼り合わせることもできる。
また、上記実施の形態では、レーザービームＬをシングルスポットとしているが、レーザービームＬはマルチスポットでも良い。例えば、特開２０１１−７９０４４号公報等に開示される技術を用いて成形されるレーザービームＬを第一ウェーハ１１に照射することができる。このように、レーザービームＬをマルチスポットにすることで、改質面１１ｃを短時間に形成できる。
また、上記実施の形態では、第二ウェーハ１３、酸化膜１５、及び半導体膜１９でなるＳＯＩウェーハを形成しているが、本発明の積層ウェーハの加工方法は、他の用途にも利用できる。例えば、第一ウェーハとして、石英等でなる透明基板を用いて、新たな構成の積層ウェーハを形成しても良い。
また、上記実施の形態では、改質面形成ステップＳＴ５、分離ステップＳＴ６、第一改質領域除去ステップＳＴ７ａ、及び第二改質領域除去ステップＳＴ７ｂを、共通の加工装置２で実施しているが、これらのステップは別の装置で実施しても良い。
また、上記実施の形態では、第一改質領域除去ステップＳＴ７ａ及び第二改質領域除去ステップＳＴ７ｂを、共通のチャックテーブル４及び研磨機構１０を用いて実施しているが、第一改質領域除去ステップＳＴ７ａに使用されるチャックテーブル及び研磨機構と、第二改質領域除去ステップＳＴ７ｂに使用されるチャックテーブル及び研磨機構とを分けても良い。
その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
１１ 第一ウェーハ
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１１ｃ 改質面
１３ 第二ウェーハ
１３ａ 表面
１３ｂ 裏面
１５ 酸化膜
１７ 積層ウェーハ
１９ 半導体膜
１９ａ 分離面
２１ 分離ウェーハ
２１ａ 分離面
２ 加工装置
４ チャックテーブル
４ａ 保持面
６ レーザービーム照射機構
８ 分離機構
８ａ 吸着面
１０ 研磨機構
１２ スピンドル
１４ マウント
１６ 研磨パッド
Ｌ レーザービーム
Ｌ１ 集光点
ＳＴ１ ウェーハ準備ステップ
ＳＴ２ 絶縁膜形成ステップ
ＳＴ３ 積層ウェーハ形成ステップ
ＳＴ４ 熱処理ステップ
ＳＴ５ 改質面形成ステップ
ＳＴ６ 分離ステップ
ＳＴ７ａ 第一改質領域除去ステップ（改質領域除去ステップ）
ＳＴ８ｂ 第二改質領域除去ステップ
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１１ｃ 改質面
１３ 第二ウェーハ
１３ａ 表面
１３ｂ 裏面
１５ 酸化膜
１７ 積層ウェーハ
１９ 半導体膜
１９ａ 分離面
２１ 分離ウェーハ
２１ａ 分離面
２ 加工装置
４ チャックテーブル
４ａ 保持面
６ レーザービーム照射機構
８ 分離機構
８ａ 吸着面
１０ 研磨機構
１２ スピンドル
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１６ 研磨パッド
Ｌ レーザービーム
Ｌ１ 集光点
ＳＴ１ ウェーハ準備ステップ
ＳＴ２ 絶縁膜形成ステップ
ＳＴ３ 積層ウェーハ形成ステップ
ＳＴ４ 熱処理ステップ
ＳＴ５ 改質面形成ステップ
ＳＴ６ 分離ステップ
ＳＴ７ａ 第一改質領域除去ステップ（改質領域除去ステップ）
ＳＴ８ｂ 第二改質領域除去ステップ
Claims (3)
- 第二ウェーハ上に第一ウェーハが積層された積層ウェーハの加工方法であって、
第二ウェーハ上に第一ウェーハを積層させて積層ウェーハを形成する積層ウェーハ形成ステップと、
該積層ウェーハ形成ステップを実施する前または後に、該第一ウェーハの内部にレーザービームの集光点を位置付けて該レーザービームを照射しつつ該集光点に対して該第一ウェーハを水平方向に相対移動させて該第一ウェーハの内部に改質面を形成する改質面形成ステップと、
該積層ウェーハ形成ステップと該改質面形成ステップとを実施した後、該改質面を境界に該第一ウェーハの一部を該積層ウェーハから分離する分離ステップと、を備えたことを特徴とする積層ウェーハの加工方法。 - 前記改質面は所定の厚みを有し、
前記分離ステップを実施した後、該積層ウェーハの該改質面側に研削、研磨、エッチングの少なくともいずれかを施して該積層ウェーハに残存する改質領域を除去する改質領域除去ステップを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の積層ウェーハの加工方法。 - 前記分離ステップで該積層ウェーハから分離された該第一ウェーハの一部は、第三ウェーハ上に積層されて積層ウェーハを構成することを特徴とする請求項１または２に記載の積層ウェーハの加工方法。
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